橡膠油烴類結(jié)構(gòu)組成對熱熔壓敏膠性能的影響

劉 妍，王柄楠，王 毅，吐 偉，胡玉華，張廷國

（1.中國石油蘭州潤滑油研究開發(fā)中心，新疆 克拉瑪依 834003；2.中國石油潤滑油重點實驗室，新疆 克拉瑪依 834003；3.中國石油北京潤滑油銷售分公司，北京 100101 ；4.中國石油潤滑油公司 特種油事業(yè)部，北京 100028）

熱熔壓敏膠（HMPSA）兼有熱熔和壓敏雙重性能，在熔融狀態(tài)下能被涂布，硬化及結(jié)晶后經(jīng)輕壓便能粘合，同時能被快速剝離而不污染被粘接面。苯乙烯類嵌段共聚物型HMPSA被廣泛應(yīng)用于雙面膠帶、標(biāo)簽、衛(wèi)生用品、汽車和建筑等領(lǐng)域[1]。

HMPSA是由聚合物、增粘劑和其他助劑（增塑劑、抗氧劑）組成的[2]。其中聚合物主要以三嵌段共聚物為主，苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯三嵌段共聚物（SIS）是兼具熱塑性和彈性的材料，起骨架作用，為膠體提供彈性和內(nèi)聚強度，賦予膠體熱塑性功能；增粘劑為熱熔膠提供粘性；增塑劑的主要作用是減弱聚合物分子間的次價鍵，提高膠體的流動性，降低模量[3-7]。

橡膠油作為增塑劑可增大聚合物分子間距，增強聚合物與增粘劑的相容性，充分發(fā)揮增粘劑的增粘效果，加速物料融熔[8]。環(huán)保橡膠油一般由低相對分子質(zhì)量的碳氫類烷烴（主要是環(huán)烷烴和鏈烷烴）構(gòu)成。本工作采用環(huán)烷基基礎(chǔ)油和鏈烷基基礎(chǔ)油調(diào)合配制成不同烴類結(jié)構(gòu)含量的橡膠油，考察橡膠油烴類結(jié)構(gòu)組成對HMPSA持粘性和剝離強度的影響，從而獲得能夠為HMPSA提供最佳性能的橡膠油碳型結(jié)構(gòu)特征。

1 實驗

1.1 主要原材料

SIS熱塑性彈性體1105，中國石化巴陵分公司產(chǎn)品；氫化C5石油樹脂2800，美國埃克森美孚公司產(chǎn)品；環(huán)烷基基礎(chǔ)油CT0和鏈烷基基礎(chǔ)油CT10，中國石油潤滑油公司克拉瑪依潤滑油廠產(chǎn)品。

1.2 主要設(shè)備和儀器

CPA224S型電子天平，德國賽多利斯公司產(chǎn)品；EURO-ST DS25型數(shù)顯攪拌機，德國IKA公司產(chǎn)品；BL-1L型雙層玻璃反應(yīng)釜，西安比朗生物科技有限公司產(chǎn)品；ZKYY-5L型智能升降油浴，鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司產(chǎn)品；CAV2200型全自動運動粘度儀，美國Cannon公司產(chǎn)品；DE40型自動密度計和RE40型自動折光儀，日本梅特勒-托利多公司產(chǎn)品；7890B-5977B型單四級桿氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，美國安捷倫科技有限公司產(chǎn)品；CBY-2D型持粘性測試儀，濟南百戈實驗儀器有限公司產(chǎn)品；AGS-X 500N型電子萬能試驗機，日本島津公司產(chǎn)品。

1.3 試樣制備

1.3.1 橡膠油的制備

采用具有典型環(huán)烷基特性的環(huán)烷基基礎(chǔ)油和具有典型鏈烷基特性的鏈烷基基礎(chǔ)油調(diào)制成具有相近100 ℃運動粘度的不同碳型結(jié)構(gòu)的橡膠油，并制備HMPSA試片，以此考察不同碳型結(jié)構(gòu)組成的橡膠油制成的同一配方的HMPSA的性能差異。

橡膠油的調(diào)制方案如表1所示，性質(zhì)如表2所示，烴類結(jié)構(gòu)組成如表3所示（采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀測試）。

表2 橡膠油的性質(zhì)Tab.2 Characteristics of rubber oils

表3 橡膠油的烴類結(jié)構(gòu)含量（質(zhì)量分數(shù)）Tab.3 Hydrocarbon structure contents （mass tractions） of rubber oils %

表1中CT1—CT9是由典型的環(huán)烷基基礎(chǔ)油CT0和典型的鏈烷基基礎(chǔ)油CT10以不同比例調(diào)合出的橡膠油，CT0—CT10的環(huán)烷基含量逐漸減小，鏈烷基含量逐漸增大。

表2中CT0—CT10的鏈烷基含量逐漸增大，其粘度、密度和環(huán)烷烴含量逐漸減小。

表3中CT0—CT10的鏈烷基含量逐漸增大，其總鏈烷烴含量逐漸增大，總環(huán)烷烴含量逐漸減??；在環(huán)烷烴中，一環(huán)烷烴含量逐漸增大，二至六環(huán)烷烴含量逐漸減小。

1.3.2 HMPSA試片的制備

參考HMPSA典型配方[9-14]，本工作確定的HMPSA配方（質(zhì)量分數(shù)/%）如下：SIS熱塑性彈性體 30，氫化C5石油樹脂 40，橡膠油 28，抗氧劑1010 2。

HMPSA試片制備流程如下。

（1）按照配方中的比例，準(zhǔn)確稱取橡膠油56 g、氫化C5樹脂80 g和抗氧劑4 g依次加入三口燒瓶中。

（2）將三口燒瓶置于150～160 ℃的恒溫油浴中，通氮氣置換瓶中的空氣，并開啟攪拌。

（3）勻速攪拌至氫化C5石油樹脂與橡膠油完全熔融，將60 g SIS熱塑性彈性體分批加入，并通氮氣保護。

（4）恒溫攪拌至體系呈均勻粘稠液（大約2 h），停止攪拌。

（5）HMPSA出料時溫度約為150 ℃，將HMPSA在防粘層上涂布，涂布厚度控制為2 mm，制得HMPSA試片。

1.4 測試分析

碳型分析按SH/T 0725—2002《石油基絕緣油碳型組成計算法》進行，烴類結(jié)構(gòu)組成測試按SH/T 0659—1998《潤滑油飽和烴餾分的烴類測定（質(zhì)譜法）》進行，持粘性測試按GB/T 4851—2014《膠粘帶持粘性的試驗方法》進行，剝離強度測試按GB/T 2792—2014《膠粘帶剝離強度的試驗方法》進行。

2 結(jié)果與討論

采用相近100 ℃運動粘度、不同烴類結(jié)構(gòu)組成的CT0—CT10橡膠油，制備相同配方的HMPSA試片，考察各HMPSA試片的持粘性和剝離強度的差異[15-19]。

2.1 持粘性分析

持粘性是指壓敏膠粘帶抵抗平行剪切外力所引起的粘接表面破壞的能力。本工作采用GB/T 4851—2014中的方法A（膠粘帶與垂直標(biāo)準(zhǔn)鋼板持粘性的試驗方法）進行HMPSA試片的持粘性測試。通過膠粘帶的失效時間（t）來表征膠粘帶對標(biāo)準(zhǔn)鋼板的持粘性。試片尺寸為（12±0.5） mm×150 mm，砝碼質(zhì)量為（1 000±5） g。不銹鋼板特性符合GB/T 3280—2015 《不銹鋼冷軌鋼板和鋼帶》要求，不銹鋼板粗糙度為（50±25） nm。

HMPSA試片的持粘性測試結(jié)果如表4所示。

表4 HMPSA試片的持粘性測試結(jié)果Tab.4 Test results of stickies of HMPSA test pieces

從表4可以看出，隨著橡膠油中環(huán)烷烴含量的減小，HMPSA試片的持粘性顯著降低。原因是橡膠油中環(huán)烷烴含量減小和鏈烷烴含量增大，則對應(yīng)的橡膠油的密度減小，在HMPSA配方不變（橡膠油質(zhì)量分數(shù)一定）的情況下，橡膠油的實際填充體積增大，橡膠油在提高膠體的流動性的同時也會出現(xiàn)遷移的現(xiàn)象。進一步分析，橡膠油的鏈烷烴的空間位阻小，遷移所需要的能量小，更容易遷出，從而降低膠體的持粘性。

2.2 剝離強度分析

剝離強度是指以一定的角度和速率將單位寬度的膠帶從特定粘接面上剝離所需要的力。本工作采用GB/T 2792—2014中的方法一（膠帶與不銹鋼180°剝離強度的試驗方法）進行HMPSA試片剝離強度測試。試驗機夾具移動速率為（5.0±0.2）mm·s-1。

HMPSA試片的180°剝離強度測試結(jié)果如表5所示。

表5 HMPSA試片的180°剝離強度測試結(jié)果Tab.5 Test results of 180° peeling strengths of HMPSA test pieces N·cm-1

從表5可以看出，隨著橡膠油中環(huán)烷烴含量的減小，HMPSA試片的180°剝離強度顯著降低。橡膠油有提高膠體流動性的作用，橡膠油中環(huán)烷烴含量減小和鏈烷烴含量增大，則對應(yīng)的橡膠油密度減小，在HMPSA配方不變的情況下，橡膠油的實際填充體積增大。膠體中橡膠油的填充體積過大時，會減小橡膠分子間作用力，使膠體基材產(chǎn)生蠕變，導(dǎo)致膠體的粘性急速下降。

3 結(jié)論

HMPSA的粘接是HMPSA在一定壓力下浸潤被粘物表面的過程，而剝離是HMPSA膠體在外力作用下發(fā)生變形并從被粘物表面分離的過程。隨著橡膠油中環(huán)烷烴含量的減小，所制成的HMPSA的持粘性和180°剝離強度顯著降低。